A história dos relógios mecânicos

Durante a maior parte da Idade Média, de aproximadamente 500 a 1500 d.C., o avanço tecnológico ficou praticamente parado na Europa. Os estilos de relógio de sol evoluíram, mas não se afastaram dos princípios do Egito antigo.

Relógios de sol simples colocados acima das portas foram usados ​​para identificar o meio-dia e quatro "marés" do dia ensolarado na Idade Média. Vários tipos de relógios de sol de bolso estavam sendo usados ​​no século X - um modelo inglês identificou marés e até compensou as mudanças sazonais da altitude do sol.

No início e meados do século XIV, grandes relógios mecânicos começaram a aparecer nas torres de várias cidades italianas. Não há registro de nenhum modelo de trabalho anterior a esses relógios públicos que fosse controlado por peso e regulado por escapes à beira e foliot. Os mecanismos de beira e foliot reinaram por mais de 300 anos com variações na forma do foliot, mas todos tiveram o mesmo problema básico: o período de

Outro avanço foi uma invenção de Peter Henlein, um serralheiro alemão de Nuremberg, entre 1500 e 1510. Henlein criou relógios com mola. A substituição dos pesos pesados ​​da unidade resultou em relógios e relógios menores e mais portáteis. Henlein apelidou seus relógios de "Ovos de Nuremberg".

Embora diminuíssem a velocidade da mola principal, eram populares entre os ricos por causa de seu tamanho e porque podiam ser colocados em uma prateleira ou mesa em vez de pendurados na parede. Eles foram os primeiros relógios portáteis, mas eles só tinham ponteiros de horas. Os ponteiros dos minutos não apareceram até 1670 e os relógios não tinham proteção de vidro durante esse período. O vidro colocado sobre o mostrador de um relógio não surgiu até o século XVII. Ainda assim, os avanços de Henlein no design foram precursores da cronometragem realmente precisa.

Christian Huygens, um cientista holandês, fez o primeiro relógio de pêndulo em 1656. Foi regulado por um mecanismo com um período "natural" de oscilação. Apesar Galileo Galilei às vezes é creditado com a invenção do pêndulo e ele estudou seu movimento desde 1582, seu design para um relógio não foi construído antes de sua morte. O relógio de pêndulo de Huygens tinha um erro de menos de um minuto por dia, a primeira vez que essa precisão foi alcançada. Seus refinamentos posteriores reduziram os erros do relógio para menos de 10 segundos por dia.

A Huygens desenvolveu o conjunto de roda de balanço e mola por volta de 1675 e ainda é encontrado em alguns dos relógios de pulso atuais. Essa melhoria permitiu que os relógios do século XVII mantivessem o tempo de 10 minutos por dia.

William Clement começou a construir relógios com o novo escapamento "âncora" ou "recuo" em Londres em 1671. Essa foi uma melhoria substancial em relação à beira, porque interferiu menos no movimento do pêndulo.

Em 1721, George Graham melhorou a precisão do relógio de pêndulo para um segundo por dia, compensando as mudanças no comprimento do pêndulo devido a variações de temperatura. John Harrison, carpinteiro e relojoeiro autodidata, refinou as técnicas de compensação de temperatura de Graham e adicionou novos métodos para reduzir o atrito. Em 1761, ele construiu um cronômetro marítimo com a mola e um escapamento da roda de balanço que vencera o prêmio do governo britânico de 1714 ofereceu um meio de determinar a longitude dentro de meio grau. Ele mantinha o tempo a bordo de um navio em movimento até cerca de um quinto de segundo por dia, quase o mesmo que um relógio de pêndulo poderia fazer em terra e 10 vezes melhor do que o necessário.

No século seguinte, aprimoramentos levaram ao relógio de Siegmund Riefler com um pêndulo quase livre em 1889. Atingiu uma precisão de centésimos de segundo por dia e tornou-se o padrão em muitos observatórios astronômicos.

Um verdadeiro princípio do pêndulo livre foi introduzido por R. J. Rudd por volta de 1898, estimulando o desenvolvimento de vários relógios de pêndulo livre. Um dos mais famosos, o W. H. Relógio curto, foi demonstrado em 1921. O relógio Shortt quase imediatamente substituiu o relógio de Riefler como um cronometrista supremo em muitos observatórios. Esse relógio consistia em dois pêndulos, um escravo e o outro mestre. O pêndulo escravo deu ao pêndulo mestre os impulsos suaves necessários para manter seu movimento e também dirigiu os ponteiros do relógio. Isso permitiu que o pêndulo mestre permanecesse livre de tarefas mecânicas que perturbariam sua regularidade.

Quartzo os relógios de cristal substituíram o relógio Shortt como padrão nas décadas de 1930 e 1940, melhorando o desempenho da cronometragem muito além do escapamento do pêndulo e da roda de balanço.

A operação do relógio de quartzo é baseada na propriedade piezoelétrica dos cristais de quartzo. Quando um campo elétrico é aplicado ao cristal, ele muda de forma. Ele gera um campo elétrico quando espremido ou dobrado. Quando colocada em um circuito eletrônico adequado, essa interação entre tensão mecânica e campo elétrico causa a cristal vibrar e gerar um sinal elétrico de frequência constante que pode ser usado para operar um relógio eletrônico exibição.
Os relógios de cristal de quartzo eram melhores porque não tinham engrenagens ou escapamentos para perturbar sua frequência regular. Mesmo assim, eles contavam com uma vibração mecânica cuja frequência dependia criticamente do tamanho e da forma do cristal. Não há dois cristais exatamente iguais com exatamente a mesma frequência. Os relógios de quartzo continuam a dominar o mercado em números porque seu desempenho é excelente e são baratos. Mas o cronometragem o desempenho dos relógios de quartzo foi substancialmente superado pelos relógios atômicos.

Informações e ilustrações fornecidas pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e pelo Departamento de Comércio dos EUA.